CN103551710A - 一种膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪方法，每个焊枪上增加自适应焊枪调节装置，通过每个焊枪前的激光视觉传感装置采集扁钢与相邻钢管的焊缝视频信息，送到视觉识别服务器进行分析后，视觉识别服务器给定自适应焊枪调节装置此时焊缝位置及角度信息，自适应焊枪调节装置将调整数据送入控制伺服驱动机构，实时调整焊枪的位置。此方法解决膜式水冷壁焊接难度较大的多排焊缝同时跟踪问题，克服焊接过程中表面反射的强烈的弧光等因素对图像的干扰，获得了清晰、稳定的实时焊缝图像信息，保证加工质量。不仅仅是提高了焊接生产率和稳定了焊接质量，而更重要的是使焊工远离了有害的工作环境，减轻或消除了职业病的危害。

Description

一种膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种跟踪检测方法，特别涉及一种膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪方法。

背景技术

随着大容量、高参数锅炉的发展，其焊接质量要求越来越高，同时为了适应我国锅炉行业走向国际市场和国内人力资源成本的变化，当前的焊接工艺和手段还不能适应发展的需要，应继续围绕提高焊接效率、焊接质量，减低成本，改善焊接作业环境等课题，推广应用新工艺，提高焊接自动化、机械化、数字化水平。

膜式水冷壁管屏实际上是锅炉炉墙的主要受压部件，为降低产品成本，现代化大型锅炉的膜式水冷壁管屏均采用光管加扁钢焊接而成。而且从保证密封和传热的目的考虑，必须采用双面焊接，将光管和扁钢用连续焊缝拼接方法达到成品宽度的管屏。

在我国锅炉、压力容器和管道制造行业中，各大中型企业的焊接机械化和自动化程度相对较高，像哈锅，上锅这样的企业已达到80%以上。不过，在国际上对焊接机械化和自动化作了重新定义。焊接机械化是指焊接机头的运动和焊丝的给送由机械完成，焊接过程中焊头相对于接缝中心位置和焊丝离焊缝表面的距离仍须由焊接操作工监视和手工调整。焊接自动化是指焊接过程自启动至结束全部由焊机的执行自动完成。无需操作工作任何调整，即焊接过程中焊头的位置的修正和各焊接参数的调整是通过焊机的自适应控制系统实现的。而自适应控制系统通常由高灵敏传感器，人工智能软件、信息处理器和快速反应的精密执行机构等组成。按照上述标准来衡量，我国锅炉，压力容器和管道焊接的自动化率是相当低的。极大多数仅实现了焊接生产的机械化。 

对于膜式水冷壁上世纪80年代后期，国外率先开发膜式水冷壁管屏双面脉冲MAG自动焊新焊接方法及焊接设备，并成功地应用于焊接生产。这种焊接方法俗称MPM法，其特点是多个MAG焊焊头从管屏的正反两面同时进行焊接。焊接过程中，正反两面焊缝的焊接变形相互抵消。管屏焊接后基本上无挠曲变形。这是一项重大的技术突破。经济效益显著。数年后国内引进了这项先进技术和装备，并在锅炉膜式壁管屏拼焊生产中得到成功的应用。之后，逐步在我国各大锅炉制造厂推广应用，至今已有十多条MPM焊接生产线正常投运。

但国内外先进膜式水冷壁制造厂商仍然未将视觉跟踪成功应用于膜式壁的焊接中，实现膜式水冷壁的焊接智能化的要求。

发明内容

本发明是针对焊接质量要求越来越高，焊接过程中监控跟踪技术跟不上的问题，提出了一种膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪方法，解决膜式水冷壁焊接难度较大的多排焊缝同时跟踪问题，克服焊接过程中表面反射的强烈的弧光等因素对图像的干扰，获得了清晰、稳定的实时焊缝图像信息，保证加工质量。

本发明的技术方案为：一种用于水冷膜式壁焊接过程焊缝跟踪检测方法，具体包括如下步骤：

1）每一个焊枪前均安装激光视觉传感器，激光视觉传感器发射条形激光在焊缝表面，采集膜式壁钢管与扁钢的焊缝信息，并通过有线方式将焊缝信息上传至视觉识别服务器；

2）视觉识别服务器通过分析软件完成对焊缝状态的分析，根据焊缝形态和坡口形状数据的分析，确定焊枪的位置及角度；

3）视觉识别服务器通过有线方式与自适应焊枪调节装置通信，给定自适应焊枪调节装置位置及角度信息，自适应焊枪调节装置将调整数据送入伺服驱动机构，伺服驱动机构驱动调整焊枪位置及角度。

所述自适应焊枪调节装置安装在焊枪上部，与焊枪连接，实时接收视觉识别服务器控制信息，精确控制焊枪的三维位置摆动。

本发明的有益效果在于：本发明膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪方法，解决膜式水冷壁焊接难度较大的多排焊缝同时跟踪问题，克服焊接过程中表面反射的强烈的弧光等因素对图像的干扰，获得了清晰、稳定的实时焊缝图像信息，保证焊枪跟踪焊缝，确保焊接过程的准确性和可靠性。本发明应用于生产实际中可加速本行业焊接生产现代化的进程，增强企业的核心竞争力，对提高膜式焊接自动化的程度，实现焊接自动化、智能化具有更深刻的意义。它不仅仅是提高了焊接生产率和稳定了焊接质量，而更重要的是使焊工远离了有害的工作环境，减轻或消除了职业病的危害。

附图说明

图1为本发明膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪系统框图。

具体实施方式

如图1所示膜式水冷壁焊接过程焊缝跟踪系统框图，主要包括激光视觉传感器1、视觉识别服务器2、自适应焊枪调节装置3和焊枪4，利用激光视觉传感器1在排焊焊枪4前的部署，包括在每个焊枪4上增加自适应焊枪调节装置3，通过每个焊枪前的激光视觉传感装置1采集扁钢与相邻钢管的焊缝5视频信息，采集的视频信息会发送到视觉识别服务器2，服务器2通过数字图像处理软件来快速识别出焊缝5的变化；当服务器2检测到焊缝5的变化时，服务器2给定自适应焊枪调节装置3此时焊缝5位置及角度信息，自适应焊枪调节装置将数据送入控制伺服驱动机构，焊缝变化的信息转化为焊枪4调整的信息，从而引导焊枪4进行角度调整以适应接缝的变化。

激光视觉传感器安装在焊枪前部，远离焊接发光源，检测焊缝区域的焊缝成型及坡口情况，并将相关信息及图像，上传至视觉识别服务器。

自适应焊枪调节装置安装在焊枪上部，与焊枪连接，实时接收视觉识别服务器控制信息，精确控制焊枪的三维位置摆动。

视觉识别服务器上的分析软件综合利用对焊缝形态和坡口形状等数据的分析，来确定焊焊枪的位置及角度。并记录焊接过程焊枪焊接过程位置分布曲线，并将数据存储。

该发明的检测方法中，通过对视觉传感器采集的图像信息进行处理，准确提取焊接时焊缝中心线的位置和方向信息，伺服驱动机构对膜式水冷壁排焊装置的每个焊枪的各轴转角、速度进行调整，调节焊枪位置保证与焊缝拟合。利用上述焊缝跟踪技术，对膜式水冷壁排焊装置进行智能化改进，使膜式水冷壁排焊装置控能够完成对成排焊枪同时实现的智能跟踪功能，从而极大提高膜式水冷壁排焊装置焊接精度，焊接效率，稳定了焊接质量，而更重要的是使焊工远离了有害的工作环境。

依据CCD被动视觉传感系统的设计，反复试验和分析研究确定合适的控制焊接电流的方法、图像处理算法及取像时刻等方法，克服焊接过程中表面反射的强烈的弧光等因素对图像的干扰，获得了清晰、稳定的实时焊缝图像信息。视觉系统能够做到准确提取焊缝中心线的实际位置信息实现焊缝的跟踪。膜式水冷壁智能焊缝跟踪装置依据可靠的图像信息，控制焊枪的圆周运动及升降运动，保证焊枪跟踪焊缝，确保焊接过程的准确性和可靠性。

Claims (2)

1.一种用于水冷膜式壁焊接过程焊缝跟踪检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）每一个焊枪前均安装激光视觉传感器，激光视觉传感器发射条形激光在焊缝表面，采集膜式壁钢管与扁钢的焊缝信息，并通过有线方式将焊缝信息上传至视觉识别服务器；

2）视觉识别服务器通过分析软件完成对焊缝状态的分析，根据焊缝形态和坡口形状数据的分析，确定焊枪的位置及角度；

3）视觉识别服务器通过有线方式与自适应焊枪调节装置通信，给定自适应焊枪调节装置位置及角度信息，自适应焊枪调节装置将调整数据送入伺服驱动机构，伺服驱动机构驱动调整焊枪位置及角度。

2.根据权利要求1所述用于水冷膜式壁焊接过程焊缝跟踪检测方法，其特征在于，所述自适应焊枪调节装置安装在焊枪上部，与焊枪连接，实时接收视觉识别服务器控制信息，精确控制焊枪的三维位置摆动。